DE1952150A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Kompensation von Stoermagnetfeldern,insbesondere in einem Flugzeug - Google Patents

Description

Dr.. W. P. Rädt

Dipli-Ιασ. W. Ernesti

Patentanwälte

Bochum

Heinrich-König-Str. 12

3451-69

COMMISSARIAT A L¹ ENERGIE ATOHIQUB

Verfahren und Vorrichtung zur Kompensation von Störmagnetfeldern, insbesondere in einem Flugzeug·

Die Erfindung betrifft die Verfahren und Vorrichtungen zur Kompensation von Stb'rm'agnetfeldern_f und zwar insbesondere, wenn auch nicht ausschliesslich, von derartigen Feldern in einem Flugzeug, um die sehr genaue Messung der Stärke des magnetischen Erdfeldes und seiner Xnderungen mit einem an. Bord de3 Flugzeugs angeordneten Magnetometer zu gestatten«.

Die Erl.inci.ung bezweckt insbesondere, diese

Verfahren und Vorrichtungen sowohl hinsichtlich der Genauigkeit der Kompensation als auch des Peiilsns von Störungen ^r anderen Apparate an Bord des Elügse^gs orter ai.n-^:z and-eren a'bgogj iohenen

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BAD ORfGlNM.

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Trägers zu verbessern. I 3 D Z I OU

Die Anmelderin. hat in ihrem früheren,

am 16. Mai 1967 erteilten französischen Patent Nr. t»485*557" ein Verfahren zur Kompensation der Störmagnetfelder, insbesondere in einem ein Magnetometer transportierenden Plugzeug, beschrieben, welches dadurch gekennzeichnet ist, das3 die Differenz des Gesamtmagnetfeldes an zwei Punkten bestimmt wird, an welchen die Stärke des äusseren Magnetfeldes praktisch die gleiche ist, während die Stärken des Störmagnetfeldes verschieden sind, das3 eine Steuergrösse, insbesondere eine Stromstärke, erzeugt v/ird, welche zu dieser Differenz und somit zu dem Störmagnetfeld proportional ist, und dass unter Steuerung durch diese Grosse ein Kompensationsmpgnetfeld erzeugt wird, welches dem Störmagnetfeld entgegengesetzt gerichtet ist, und dessen Stärke zu dieser Grosse proportional ist, um diese Differenz zu null zu machen.

Die Vorrichtung für die Ausübung dieses

Verfahrens ist dadurch gekennzeichnet, dass sie Mittel ^&tfeä44. welche einen elektrischen Strom erzeugen, dessen Stärke zu der Differenz, des Magnetfeldes an zwei Punkten proportional ist, an welchen die Stärke des äusseren Magnetfeldes praktisch die gleiche ist, während die Stärken des Störmagnetfeldes verschieden sind, Spulen aus einem Leiterdraht und Einrichtungen zur Speisung dieser Spulen mit diesem Strom enthält, v/obei die Anordnung der Spulen und der Proportionalitätskoeffizient zwischen diesem Strom und dieser Differenz so bemessen sind, dass die Spulen ein diese Differenz zu null machendes Kompensationsciagnetfeld erzeugen.

Diese frühere Vorrichtung enthielt also

Spulen, welche ein Kompensationsmagnetfeld erzeugen, welches die anderen Apparate an Bord des !Flugzeugs beeinflussen kann/ so dass gewisse Vorsichtamassnaiimen ^e troffen v/erden Müssen.

lii der am 9· August 1955 erteilten amerikanischen Patentschrift Tolles Ir₀ 2.715*198 werden die durch Mir'öelstroGie in einem KLügseug sraengten magnetischen. Störungen dadurch susgeglisfc-sn» dass unäair- Ausgang von.'den Angaben eisiss Magnetometers b-isonc-sr-es? Bauart, einsr JDifferensier-

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einrichtung und einer Spule,-ein Berichtigungsnagnetfela erzeugt wird, welches su den Wirbelströmen proportional und diesen enteegengesetzt ist.

Andererseits hat Prank X. Linder in

seiner am 16. Juni 1959 erteilten amerikanischen Patentschrift Ur. 2.891*216 die Kompensation eines an Bord eines eine Quelle von Störungen tragenden Plugzeugs angeordneten Systems zur magnetischen Detektion beschrieben^ vFobei das kompensiert System ein erstes Magnetometer,, welches in einer bestiwE^in Entfernung von der Störungsquelie angeordnet ist_? und eis zweites Magnetometer enthält, welches -von der Störungsstelle in einer Entfernung angeordnet ist, welche grosser als die obige Entfernung ist, wobei diese beiden Magnetometer elektrisch gegeneinander geschaltet sind, wobei Mittel vorgesehen sind, z.B. ein Dämpfer, um die Störwirkuiigen in den beiden" Magnetometer^, zu null zu machen.

Tatsächlich sind das erste und das zv/eite

Magnetometer von Linder an zwei Punkten des Plugzeugs angeordnet, an welchen das Güsamtmagnctfeld H + kh bzw. H + h betragt, worin H daa zu messende äussere Magnetfeld, h das Sbörrnagnetfeld an der Stelle, an welcher sich das zweite Magnetometer befindet, und k eine Konstante ist, welche grosser als 1 ist. Die Ausgangsgrösse des ersten Magnetometers wird in dem Verhältnis k gedämpft, und es wird die Differenz zwischen der Ausgan/zsgrösse des zweiten Magnetometers und der gedämpften Ausgangsgrösse des ersten Magnetometers gebildet, was ein zu (H - h) - £ (H + kh) = (1 - ^) H proportionales Signal ergibt.

Ein derartiges System besitzt den Nachteil, dass ea eine nur geringe Genauigkeit hat. Wenn man nämlich für k einen weit über 1 liegenden Wort nirr.mt, insbesondere 2, wie als. Beispiel .in dem Patent angegeben, sind die beiden Magnetometer vorhältnismässig vielt voneinander entfernb, da sie sich in Entfernungen von der Quelle der mr.gneti sehen Störungen befinden müssen, welche zu 1 bzw. -j4c proportional sind, da die magnetische Wirkung oich wie der Mehrwert der dritten Potenz der Entfernung ändert (wio in dem genannten Patent Nr. 2.091-216, Spalte 1, Zeile 64- bis 66, angegeben). Die beiden II-i,:nutonetcr sind dann aber zu vr>it voneinander e;\·,fern*,,' im

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OBlGlNAJ-

homothetischen Störmagnetfeldern ausgesetzt zu sein, und die Kompensation kann nicht für alle Kurse des Plugzeugs genau sein· ·

Wenn für k ein kleiner, 1 sehr nahelie-

20 gender Wert genommen wird, z.B. k » yg, befinden sich die beiden Magnetometer nahe genug beieinander, um praktisch homothetischen Störmagnetfeldern ausgesetzt zu sein, die Genauigkeit des Systems ist dann aber gering, da es nur einen geringen Bruchteil-des zu bestimmenden Feldes H misst· Pur k = -fr? ist nämlich das gemessene Magnetfeld, d.h. (1 - τ?) H,

1Q H
gleich (1 - T=Ta) H = ?η*. Die Genauigkeit wird daher durch einen Paktor 20 geteilt·

Man wird also schliesslich zu einem Kom-

It promiss geführt und nimmt einen Wert von k in der Grössenord-

10 H

nung von —g und misst yjj, wodurch sich eine durch 10 geteilte Genauigkeit ergibt.

Die Erfindung bezweckt, den obigen Nachteilen abzuhelfen, indem sie eine· Genauigkeit ermöglicht,' welche wenigstens gleich der der genannten französischen Patentschrift Hr. 1.485.557 ist, wobei 3ie jedoch eine elektronische Kompensation verwirklicht, ohne Störmagnetfelder in der Zone zu erzeugen, in welcher sich die übliche Apparatur des Plugzeugs befindet.

Das erfindungsgemässe Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, dass eine erste Spannung erzeugt wird, welche ^ mit einem ersten Pröportionalitätskoeffizienten zu der Stärk'e dos Gesamtmagnetfeldes an einem ersten Punkt proportional ist,-v/elcher in einer ersten Entfernung von dem Baryzentrum der Störmagnetfelder liegt, dass eine zweite Spannung erzeugt wird, v/elche mit einem zweiten Proportionalitätskoeffizienten zu der Differenz zwischen den Stärken der Gesamtmagnetfelder an diesem örston Punkt und an einem zweiten, in einer zweiten Entfernung von dem Baryzentrura liegenden Punkt proportional ist, dass dieöe zweite Spannung mit einem Paktor φ multipliziert wird, welcher von der ersten Entfernung abhängt, wobei eine dritte Spannung erzeugt v/ird, v/elche mit dein ersten Pröportionalitätskoeffizienten der Stärke des Störmagnetfeldes an diesem ersten Punkt proportional ist, dass diese dritte Spannung von de-r

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BAD ORlOJNAl.

ersten Spannung abgezogen wird, wobei eine vierte Spannung erhalten wird, und dass die Amplitude dieser vierten Spannung bestimmt wird, welche zu der Stärke des zu messenden äusseren' von dem Einfluss der Störmagnetfelder befreiten Magnetfeldes' an dem ersten Punkt proportional ist, wobei die erste Entfernung x, die Entfernung Δχ'zwischen dem ersten und dem zweiten Punkt, der erste Proportionalitätskoeffizient k., der zweite Proportionalitätskoeffizient k«, der Faktor φ und das Verhältnis ξ zwischen den Stärken der Störmagnetfelder an dem zweiten Punkt und dem ersten Punkt durch die Formeln

Δχ = χ ("γξ -1) und k^^/k-j = x/3 verbunden sind»

Die erfindungsgemässe Vorrichtung zur

Ausübung des obigen Verfahrens ist gekennzeichnet durch einen ersten Magnetometerkopf, welcher an einem ersten Punkt in : einer ersten Entfernung von dem Baryzentrum der Störmagnetfelder liegt und an seinem Ausgang eine elektromotorische Kraft mit einer zu der Stärke des Gesamtmagnetfeldes an die- sem ersten Punkt proportionalen Frequenz erzeugt, einen an den Ausgang des ersten Magnetometerkopfs angeschlossenen Frequenzmesser, welcher diese elektromotorische Kraft empfängt und aus ihr eine erste zu dieser Frequenz und somit zu der Stärke des Gesamtmagnetfeldes proportionale Spannung bildet, einen zweiten Magnetometerkopf, welcher an einem zweiten Punkt in einer zweiten Entfernung von dem Baryzentrum liegt und mit dem ersten Kopf einen magnetischen Gradientenmesser bildet, welcher eine zweite Spannung liefert, welche zu der Differenz zwischen den · Stärken der Gesamtmagnetfelder an dem zweiten und dem ersten Punkt proportional ist, einen Verstärker mit regelbarem Verstärkungsfaktor, dessen Eingang an den Ausgang des Gradientenmessers angeschlossen ist, um von diesem die zweite Spannung zu empfangen und aus" dieser eine dritte Spannung zu bilden, eine Subtraktionseinheit mit zwei Eingängen, von denen der •erste mit dem Ausgang des Frequenzmessers verbunden ist, um von diesem die erste Spannung zu empfangen, während der zweite Eingang mit dem Ausgang des Verstärkers verbunden ist, um von diesem die dritte Spannung zu empfangen, und einem Ausgang, welcher eine vierte" Spannung liefert, welche zu der Differenz

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zwischen der ersten an ihren ersten· Eingang angelegten Spannung und der dritten an ihren zweiten Eingang angelegten Spannung proportional ist, und Έ. irichtungen sur Kessung der vierten Spannung, welche bei ge- igneter Einstellung des Verstärkungsfaktors des Verstärkers und für bestimmte Stellungen des ersten und des zweiten Magnetometerkopfs, etwa auf der Längsachse des Plugzeugs oder anderen Trägers, wenn dies möglich ist, zu der Stärke des zu messenden äusseren Magnetfeldes an dem ersten Punkt proportional ist.

Bei den bevorzugten Ausführungsformen

wird zum .Ausgleich der durch die Wirbelströme in dem Flugh zeug oder anderen Träger erzeugten magnetischen Störungen insbesondere mittels einer Spule, welche mit. einem Strom regelbarer Amplitude gespeist werden kann, in der Nähe des zweiten Punkt ein Berichtigungsmagnetfeld erzeugt, v/elches zu dem von den Wirbelströmen herrührenden Störfeld proportional ist, wobei die Amplitude dieses Berichtigungsfeldes so eingestellt wird", dass das Baryzentrum der durch die Wirbelströme erzeugten magnetischen Störungen mit dem Baryzentrum der f err omagne tischen Massen zusammenfällt.

Dieser Strom regelbarer Amplitude wird

vorzugsweise durch wenigstens eine Generatorspule geliefert, welche fest mit dem Flugzeug oder anderen Träger verbunden ist, auf welchen die Wirbelströme erzeugenden Magnetfelder ™ einwirken.

Die Erfindung ist nachstehend unter Bezugnahme* auf die Zeichnung beispielshalber erläutert.

fig· 1 zeigt schematisch einen Gra-: L ent*; η-

messer zur Vornahme einer Vorstufe des Verfahrens zur L-^nsation des Magnetometers, nämlich die Bestimmung acs ·- -^ enten der Störmagnetfaider und die lage des BaryzentruKü .-■?·- j selben.

Pig. 2 erläutert die-Arbeitsweise = inea j den Gradientenmesser der Fig. 1 enthaltenden Kernfilter-.-?,

Pig· 3 zeigt schematisch den Aufbau und

die Arbeitsweise eines ebenfalls den Gradientenmesser der Pig« 1 enthaltenden Phasemnessers. ■ *

Pig. 4 zeigt schematisch die eben] .Ji;. aor·

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ORIGINAL

Gradientenmesser der Pig. 1 enthaltende Schaltung zur Bestimmung der Lage des Baryzentrums der Störfelder.

Pig. 5 zeigt schematisch eine erste Ausführungsform eines erfindungsgemäss kompensierten Magnetometers ο

Pig. 6 zeigt schematisch die gemäss dem

zweiten Kennzeichen der Erfindung ausgebildeten Mittel zur Kompensation der von den Wirbelströmen erzeugten magnetischen Störungen.

Pig. 7 erläutert die Wirkung der in Fig.6 dargestellten Mittel.

Pig. 8 zeigt schematisch eine zweite Ausführungsfo'rm eines erfindungsgemäss kompensierten Magnetometers.

Vor der eingehenden Beschreibung von zwei

bevorzugten Ausführungsformen eines erfindungsgeraäss kompensierten Magnetometers z.B. zur Kompensation der Störmagnetfelder an Bord eines Plugzeugs soll unter Bezugnahme auf Fig..1 bis eine Vorstufe zur Untersuchung des Baryzentrums der von den ferromagnetischen Massen herrührenden Störfelder und zur Bestimmung der lage dieses Baryzentrums erläutert werden.

Hierfür wird ein magnetischer Gradientmesser des im am 4. Februar 1966 eingereichten französischen Patent Hr. 1.485.556 der Amaelderin beschriebenen Typs mit zwei in einer bestimmten gegenseitigen Entfernung (von grössenordnungsmässig z.B. 1,50 m) angeordneten Sonden oder Messköpfen benutzt, welcher die Differenz (oder den Gradienten) zwischen den Stärken der Gesamtinagnetfeider bestimmt, welchen die beiden Köpfe ausgesetzt sind.

Die Bestimmung des Baryzentrums der Stör-

rca&hetfelder beruht darauf, dass die (von der von dem Flugzeug überfloL'enon Gegend herrührenden) Änderungen des äusseren Magnetfeldes einen magnetiaohen Gradienten Null zwischen den beiden Y."!. :'en zur ^olge haben, während alle von dem Flugzeug verursachten laucr.o tischen Störungen einen von Null verschiedenen magnetischen Gradienten erzeugen.

Wenn sich das Baryzentrum der mit den

ε '-crTelder:. üos Plugzeugs gleich'./ertigen forromagnetischen :: · ren w';!::rü^}.'i des Fluges des Flugzeugs in eine··»: Volumen w .,eliieut, .1· .;.:en Abmessungen klein im Vergleich zu den

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BAD

Abstand zwischen den Köpfen des magnetischen Gradientenmessers sind, haben die von dem Gradientenmesser bestimmten Änderungen des magnetischen Gradienten den gleichen Verlauf und die gleiche Phase wie die Störungen, und zwar in einem konstanten Aoplitudenverhältnis (es besteht eine wirkliche geometrische Ähnlichkeit zwischen diesen Veränderungen und den Störungen). Dies gestattet in der nachstehend erläuterten Weise, durch das Verfahren und/oder die Vorrichtung gemäss der Erfiadung sehr genau die von den Flugzeug herrührenden Wirkungen zu kompensieren, ohne das die Stärke des zu messenden äusseren Magnetfeldes darstellende "Signal zu verformen oder durch einen Faktor zu teilen (z.B. den Faktor (1 - ^) der genannten amerikanischen Patentschrift Hr. 2.891.216).

Es ist zu bemerken, dass die genaue Bestimmung des Baryzentrums oder der Baryzentren und die Selbstkompensation der Stormagnetfeider die Messung des magnetischen Gradienten mit einer sehr grossen Genauigkeit erfordern. Eine Störung von ty an der Sonde oder dem Messkopf hat nämlich bei einer Entfernung von 1,50 m die Erzeugung einer Felddifferenz von Ο,2γ zur Folge. Es muss also eine Mesegenauigkeit in der Grossenordnung von O,O1y und eine konstante Differenz (d.h. ein und derselbe Wert fur" den magnetischen Gradienten ) bei beliebigem Kurs des Flugzeugs erzielt werden. Nun gestattet der magnetische Gradientenmesser gemäss dem genannten französischen Patent Hr. 1.485.556, dessen Prinzip nachstehend wiederholt ist, die'Messung der Schwankungen der Stärke des Magnetfeldes zwischen zwei Punkten von der Grössenordnung von Ο,ΟΟΙγ, d.h· 0,01μβ· Diese Schwankungen ergeben nach ihrer Registrierung den allgemeinen Verlauf der magnetischen Störungen.

In Fig. 1 ist sehr schematisch der.Aufbau

eines magnetischen Gradientenmessers gemäss dem genannten französischen Patent Hr. 1.585.556 dargestellt. Er enthält in seiner gegenwärtigen Ausführung zwei Sonden oder Köpfe L- und L«, welche einen gegenseitigen Abstand von 1,50 m (D¹ = 1,50 m) haben und in ein Tragrohr M eingeschlossen sind, welchea aus einem starren (zur Aufrechterhaltung der gegenseitigen Lage der beiden Köpfe L₁ und L₂) und für die Magnetfelder "durchsichtigen" Kunststoff besteht, ■·

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Der Kopf oder die Sonde I₁, welche zweck-

mässig mit Spinkoppiung arbeitet, bildet einen Kernoszillator, d'.h. sie liefert eine Spannung T₁ mit der larniorfrequenz der in ihr enthaltenen Kernspins, welche zu der Stärke des an dem Punkt N₁ von der Sonde I₁ wahrgenommenen Geaamtmagnetfeldes genau proportional ist. Diese Spannung T₁ wird in einem Verstärker P- verstärkt, und ihre Frequenz wird im allgemeinen in ■ einem Frequenzmesser Q gemessen» welcher eine zu dieser Frequenz proportionale Spannung Tg liefert. Diese Spannung Tg wird in einer Siebkette R gefiltert, bevor sie auf der Spur I eines Registriergeräts Y registriert wird.

Der zweite Kopf oder die zweite Sonde Ig

ist ein Kernfilter, welches die in dem Verstärker P-j verstärkte Spannung T₁ mit der Kreiafrequenz ^₁ = γ H₁ empfängt, worin γ das gyromagnetische Verhältnis der Kernspins-und IL die"Stärke des Gesamtmagnetfeldes an dem Punkt N₁ ist. Das Kernfilter Ip ist ein Tiefpass, dessen Zentrum die Kreisfrequenz big = yH« ist, worin Hg die Stärke des Gesamtmagnetfeldes an dem Punkt N₂ ist, wobei angenommen ist, dass das Kernfilter die'gleichen Kernspins(mit dem gyromagnetischen Verhältnis γ) enthält, wie der den ereten Kopf bildende Kernoszillator I₁. Die ümplitudenkennlinie, d.h. die aus Ig austretende Spannung T, in Funktion von Wg, v/ird durch die obere Kurve der Fig. 2 dargestellt. >

Das Kernfilter bewirkt auch eine Phasen-¹

verschiebung'jvon T, gegenüber T₁, wenn Wg von ω., verschieden..^; ist, wie dies durch die untere Kurve der Fig. 2 angegeben ist, welche die Änderung der Phasenverschiebung dq> zwischen T~ und T₁ in Funktion von tOg darstellt. Wenn nämlich H,. = Hg, ist IU₁ gleich (Og, und die durch das Kernfilter Ig eingeführte Phasenverschiebung dcp ist Null, sobald jedoch ein Magnetfeld-gradient dH zwischen den Punkten N₁ und Ng auftritt, ist üu von Iu₁ verschieden, und das Filter führt eine Phasenverschiebung dcp ein. Die Phasenänderung erfolgt sehr schnell, sie beträgt I (dcp geht.von - ~ auf + | über) für eine änderung von dH von 5γ, was eine sehr gr.osae Empfindlichkeit des Gradientemnestjers ergibt.

Die aus dem Kernfilter I₂ austretende Spannung T₃ wird in einem Verstärker P₀ verstärkt» und die

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Phasendifferenz zwischen den in den Verstärkern P^ und P₂ verstärkten Spannungen T₁ und T, wird in einem Phasenmesser . X (mit zwei Eingängen Z- und X₂) bestimmt, welcher (an seinem Ausgang X.,) eine zu dcp proportionale Spannung Ϊ. liefert, welche auf der Spur "iides Registriergeräts V parallel mit der Spannung Tp registriert wird, welche nach Filterung durch die Filter'R auf der Spur I des gleichen Registriergeräts registriert wurde.

In Pig. 3 ist an den Aufbau und die Ar-

beitsweise des Phäsenmessers X der Pig. 1 erinnert. Dieser Phasenmesser enthält zwei Kanäle Y^ und Yg. Der erste enthält in Reihe einen Phasenumkehrer g, eine (nach Art einer Schmitth sehen Kippschaltung ausgebildete) 3?ormungseinheit h- und eine Differenzier- und Gl ei ehr icht anordnung J₁ mit einem Kondensator m-, Dioden n- und p- und einem Widerstand r,.

Der zweite Kanal enthält eine (nach Art

einer Schmittschen Kippschaltung ausgebildete) Pormungsednheit hp und eine Differenzier- und Gleichrichtanordnung jj« mit einem Kondensator m«» Dioden n₂ und p₂ und einem Wider stand r₂»

Die beiden Kanäle Y^ und Y₂ beaufschlagen

die beiden Eingänge für das Kippen aus dem ersten in den zwei-.· ten Zustand bzw, aus dem zweiten in den ersten Zustand einer bistabilen Kippschaltung s des Typs Eccles-Jordan, von wel- ^ eher ein Ausgang eine Integriervorrichtung ν beaufschlagt, deren Ausgang den Ausgang X^ des Phasenmessers X bildet.

Dieser arbeitet folgendermaßen/

Wenn zunächst angenommen wird, dass dcp Null

ist, sind die beiden Spannungen T- ( aus T* durch Verstärkung in P-j und Phasenumkehr in g gebildet) und τΐ ( aus T₂ durch Verstärkung in P₂ gebildet) genau in Gegenphase, wie dargestellt. Das Gleiche-gilt für die in h- bzw. h„ geformten Im-

2 2 2

pulse T.J und T₂ . Die den Vorderfronten von T g entsprechenden positiven Impulse T« legen sich dann genau zwischen die den Vorderflanken von T. ^ entsprechenden positiven Impulse T^. Die Kippschaltung s bleibt daher, während gleicher Zeiten in jedem Zustand und liefert daher ein Signal T° mit gleichen Halbwellen, und die Integriervorrichtung ν liefert eine

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Spannung Null. ■ ■

Sobald dagen dtp nicht mehr Hull ist, legen

sich die Impulse T« ^nicnt mehr genau zwischen zwei Impulse T^, und die Halbwellen von T⁰ werden unsymmetrisch. Die Integriervorrichtung ν liefert eine (je nach dem Sinn der Phasenverschiebung d<p und somit des magnetischen Gradienten) positive oder negative Spannung, welche von Null verschieden und an X^ verfügbar ist und auf der Spur II des Registriergeräts V registriert wird.

Man hat z.B. eine integrierte Spannung T^ von + 5 Volt fur eine Phasenverschiebung von + χ erhalten können, welche ihrerseits für einen Gradienten von + 5γ erhalten wurde. Sa das elektronische Geräusch der Anordnung kleiner als ein Millivolt ist, kann man somit 0,001γ ermitteln.

Das Registriergerät V registriert schliess-

lich dank der Genauigkeit des Phasenmessers X und der des Frequenzmessers Qi welcher z.B. die in dem am 30.Januar 1967 erteilten ersten Zusatzpatent Hr. 88,663 der Anmelderin zu dem am 31· Dezember'1966 erteilten franzosischen Patent Nr. 1*430*874 der Anmelderin beschriebene Bauart aufweisen kann, gleichzeitig nebeneinander den Gradienten des Hagnetfeldes (in Wirklichkeit den Schwanzgradienten des Flugzeugs) und den Absolutwert de,· Geeamteagnetfeldes.

• Die Anordnung der Fig· 1 liefert also hinsichtlich der von des Flugzeug herrührenden onagnetisehen Störungen einerseits ΔΗ|, d.h. die magnetische Störung in N^, und andererseits (AHg - ΔΗ-), d.h. die Differenz zwischen der magnetischen Störung ÄSL in Ng und AIL, und zwar mit einer grossen Genauigkeit.

Unter Bezugnahme auf Fig. 4 soll nachgewiesen werden, dass man mit einer guten Genauigkeit uni einer einfachen Schaltung den Abstand χ ermitteln kann, in welchem nich daa Baryzentrum (der ferromagnetischen Massen) z.B. von der Sonde lg befindet· Durch Vornahme dieser Bestimmung in jedem der Hauptkurse kann man die Stabilität der Lage dieses Baryzentrums ermitteln und für jeden Flu^zeugtyp oder anderen Trüser die Möglichkeiten einer Seibatkompensation definieren.

In Fig. 4 findet man wieder die beiden

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BAD ORlGiNAL

Köpfe L₁ und L₂ der Fig. 1, wobei der Kopf L₂ der Störungsquelle S⁰ (Baryzentrum der magnetischen Störungen) näher liegt, welche eine magnetische Störung mit der Stärke AH₁ in N₁ erzeugt, wo sich der Kopf L₁ befindet, und eine magnetische Störung mit der Stärke ΔΗ₂ in N₂, Vo sich der Kopf Lg in einer Entfernung von Δχ (in Wirklichkeit 1,50 m) von L₁ befindet.

Das Kompensationssystem der Fig· 4 enthalt

eine Kompensationsspannungsquelle V , einen Spannungsverteiler oder -Teiler Z mit einem Schieber Z₁ , welcher die Spannung V⁰ auf die Teilwiderstände mit den Werten R₁ und R₂ aufteilt, und zwei Spulen W₁ und Wv,, welche von zu R₁ bzw.. Rg proportionalen Strömen I₁ bzw. I₂ durchflossen werden, und zu I₁ bzw. I₂ profc portionale Kompensationsmagnetfeider AH¹^ und ΔΗ'₂ erzeugen.

Für eine vollständige Kompensation gilt

R_{2 =} I_{2 B} ΔΗ'₂ ΔΗ₂

RT TT ΔΤΠΤ ^s δΤΓΓ" ⁵

¹¹AH₂
Die Bedingung ^Jh—· = γ ist für die folgenden drei Bedingungen erfüllt:-

- Die Köpfe L-, und' L₂ haben eine höhe Genauigkeit von grossenordnungsmassig wenigstens 0,01 γ und zwar bei beliebiger Lage der Magnetometerköpfe gegenüber der Feldrichtung ; ·

. - Der Abstand Δχ ist genau bekannt und klein gegenüber χ ( ^f- > 10) }

- Die Einstellung der Ströme I- und Ig bewirkt die Kompensation.

Wenn diese drei Bedingungen erfüllt sind,

kann χ aus dem bekannten Δχ und dem durch den Teiler Z bestimmten £ berechnet werden. Wenn m die Störmasse in S⁰ genannt wird, erhält man nämlich

LE₀ = -£-5 und ΔΗ₄

Durch Einsetzen von X=- erhält man 009817/ U62

f = 1 + 3X + 3X² + X⁵ oder ³

= (1 + X)³ , d.h.

, d.h. -~ = Hieraus ergibt sich χ =

Man kann also tatsächlich χ aus Δχ und P be- '

rechnen«

In der Praxis erfolgt die Einstellung der

Strome I₁ und Ip in den K_Ompensationsspulen W₁ und Wp während definierter Bewegungen des Plugzeugs in jedem Kurs (z.B. Rollbewegungen mit einer Amplitude von ί 10° und einer Periode von 6 Sekunden). Man stellt I₁, I₂ und V⁰ so ein, dass man gleichzeitig AH₁ - ΔΗ¹«! = 0 und (ΔΗ₂ - ΔΗ»₂) -(Δ^-ΔΗ^) = 0 erhalt. Das Verhältnis der Widerstände R₂ZR₁ (welches an dem Teiler Z abgelesen werden kann, welcher ein in zehn Umdrehungen geteiltes Potentiometer 3ein kann) ergibt dann Ip/^i ¹^ s⁰^* f ·

Die unter Bezugnahme auf Pig. 1 bis 4 beschriebene Messung des Abstands χ von dem Baryzentrum kann den Ausgleich der von dem Plugzeug herrührenden magnetischen Störungen gemäss dem Verfahren und der Vorrichtung der genannten französischen Patentschrift Nr. 1.485.557 ermöglichen. Es genügt, an die Kompensation^ spulen'16, 17 dieses Patents die die Differenz (ΔΗρ - AH₁) kennzeichnende Spannung anzulegen. Die grosse Genauigkeit, mit welcher mittels des obigen Verfahrens die Messung des Magnetfeldgradienten in der Nahe der Detektorsonde L₁ erfolgt, ermöglicht jedoch eine unmittelbare elektronische Kompensation, indem man von der von dem Frequenzmesser Q gelieferten, zu der Stärke des Gesamtmagnetfeldes (H. +AH₁) in N^ proportionalen Spannung eine zu AH₁ proportionale Spannung subtrahiert, wel.che durch die Anwendung des Hauptkennzeichens der Brfir.äung -gebildet wurde, wie dies nachstehend im einzelnen unter Bezugnahme auf Pig· 5 erläutert i3t;

Nach den Erläuterungen über die Vorstufe

zur Untersuchung-der Störfelder soll jetzt erläutert werden, wie die Erfindungsmerkmale zur Kompensation der von den ferromagnetischen Massen des Plugzeugs (Pig* 5) bzw. dan

i" 009817/U62

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Wirbelströmen (Pig. 6 und 7) herrührenden Störfelder benutzt werden.

Die grosse Empfindlichkeit der Messung des Gradienten gestat.tet/ die beiden Köpfe (Kernoszillator und Kernfilter) der erfindupgsgemässen Vorrichtung, welche den Köpfen L.J und I₂ ^der ^i-S · 4"entsprechen, in einer geringen gegenseitigen Entfernung von z.B. 1 Meter anzuordnen.

Man kann unmittelbar die klassische Glei--

__%—,) anschreiben · ohung χ . ""- = 3AH₁^ da sich K äs —5· ändert pobel das

Symbol -r~~ die Ableitung'nach χ darstellt). Wenn Δχ kieiii ist, ^dX. Cl(AH₁)

stellt die Differenz (ΔΗ- - ΔΗ-) praktisch —*?--—* dar. Ba die

^x 2. 1 * dx

Phase der erhaltenen Signale streng gen&K ist, genügt es, die

ίΐΤΔΗ- )
Bedingung-AH₁ - -f—· " —·%—— = O zu verwirklichen, um den Einfluss der magnetischen Kassen des Flugzeugs an der Stelle des Kopfs oder der Sonde Ia₁ vollständig zu Süll zu machen.

Ss genügt also, -jßr* (d.h. ΔΗρ - ΔΗ- )

mit einem konstanten Faktor -5- zu multiplizieren und diesen Wert von der von dem Kopf Xu Torgenommenen Messung abzuziehen, mn die von diesen magnetischen Massen in M- erzeugten Störungen

zu Null zumachen, da AH₁", welches kompensiert werden soll, gs«-

rade gleich # * ·—g^ ist.

Eine Vorrichtung zur Vornahme der obigen Vorgänge ist in Fig· 5 dargestellt. Sie enthalt ι

- einen(ζ.B. durch einen Kernoszillator des

in der genannten französischen Patentschrift i£r. 1,485.556 beschriebenen Typs gebildeten) Magnetometerkopf 3, v.-elcher an · einem ersten Punkt 1 in einer ersten Entfernung d^ (d^ = χ + Δχ) von dem Baryzentrua 4 der Störmagnetfelder liegt (der Pfeil ü? stellt die magnetischen Störiaassen dar) und eine ^: erste elektromotorische Kraft f^ mit einer Frequenz erzeugt, v/elche zu der Stärke ( H₀ + ΔΗ^) des Gesaiatinsgnetfeldes an

₀ ^
diesem ersten Punkt 1 proportional ist ( wobei H das zu messende aussere Magnetfeld und AHj das Storfeld an dem Punkt 1 ist)} _%

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- einen Frequenzmesser 5 (z.B. des in dem

genannten französischen Zusatzpatent JJr, 88.663 beschriebenen Typs), welcher an den Ausgang 6 des Kagnetometerkopfs 1, zweekmässig über einen Verstärker 7, angeschlossen ist, um au3 dieser ersten elektromotorischen Kraft f.. eine erste. Spannung e^ zu bilden, welche zu dieser Frequenz und somit zu der Stärke (H + AIL) des Gesamtmagnetfeldes proportional ist $

- ein Kernfilter 8 (zweckmassig des in

der genannten französischen Patentschrift Nr. 1.485.556 beschriebenen Typs), welches sich an einem zweiten Punkt 2 in einer zweiten Entfernung Cl₂ ^2 ^{= x}^ ^{von deD1} Baryzentrum 4 befindet, und dessen Eingang 9 an den Ausgang des Kopfs 1, zweckmässig über den Verstärker 7, angeschlossen ist, um von diesem die erste elektromotorische Kraft f^ zu empfangen und an sei= nem Ausgang 10 eine zweite elektromotorische Kraft fg zu liefern, welche gegenüber der ersten'elektromotorischen Kraft f^ eine Phasendifferenz hat, welche zu der Differenz (ΔΗ« - ΔΗ-) zwischen den Stärken (H + ΔΗ«) und (H + ΔΗ-j) der Gesamtmagnetfelder an diesem zweiten Punkt 2 und dem ersten Punkt 1 . proportional ist (wobei ΔΗρ das Störfeld an dem Punkt 2 ist)|

- einen Phasenmesser 11 (z.B. des in der

genannten französischen Patentschrift Nr.1.485.556 beschriebenen und in Fig. 3 der anliegenden Zeichnungen dargestellten Typs) mit zwei Eingängen 12, 13» von denen der erste, 12, mit dem Ausgang 6 des Ka^netometerkopfs 1, zweckmässig über den Verstärker 7, verbu ien ist, um von diesem d^e erste elektromotorische Kraft f.j zu empfangen, während der zweite Eingang 13 mit dem Ausgang 10 des Kernfilters 8, zweckmässig über einen Verstärker 14, Verbunden ist, um von diesem die zweite elektromotorische Kraft fg zu empfangen, und einem Ausgang 15» welcher eine zweite, zu der Differenz (ΔΗ₂ - ΔΗ-j) zwischen den Stärken der Gesar.tr.^rnetf eider proportionale Spannung e« liefert;

- einen Verstärker 16 mit regelbarem Verstärkungsfaktor, dessen Eingang 17 an den Ausgang 15 des Phasenmesseri; 11 angeschlossen ist, um von diesem die zweite Spannung e₂ ^u empfangen und aus dieser eine dritte Spannung Q-i zu bilden' ;

- eine Subtraktionseinheit 18 mit ?.woi

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Eingangen 19, 20, von denen der erste,19, mit dem Ausgang 21 des Frequenzmessers 5 verbunden ist, um von diesem die erste Spannung e-j zu empfangen, wahrend der zweite Eingang 20 mit dem Ausgang 22 des Verstärkers 16 verbunden ist, um von diesem die dritte Spannung e~ zu empfangen, und einem Ausgang 24, welcher eine vierte Spannung e, liefert, welche zu der Differenz zwischen der ersten an seinen ersten Eingang 19 angelegten Spannung e^ und der dritten, an seinen zweiten Eingang angelegten Spannung e« proportional ist, und . .

- Mittel zur Messung der.vierten Spannung

e., welche zu der Stärke H des zu messenden äusseren Magnetfeldes an dem ersten Punkt 1 für eine geeignete Einstellung' des Verstärkungsfaktors des Verstärkers 16 und bestimmte Stellungen des Magnetometerkopfs 3 und des Kernfiltere 8 proportional ist, wobei diese Stellungen etwa auf der Achse 25 des Flugzeugs oder anderen Trägere liegen, wenn dies möglich ist, wobei diese Mittel z.B. eine die gewünschten Komponenten .von 6i filternde Filterkette 26 enthalten, welcher ein Registriergerät 27 nachgeschaltet ist.

Biese Vorrichtung arbeitet folgendermaßen: ;

Der Kernoszillatpr oder Magnetometerkopf

3 liefert eine elektromotorische Kraft f^ mit einer zu (H₀ + AH₁J) proportionalen frequenz f. Diese in dem Verstärker 7 verstärkte elektromotorische Kraft f| wird folgenden Teilen geliefert j . ' ·

- dem Frequenzmesser 5> welcher eine Spannung e-j mit der Amplitude &^ m. k^ (H^ + AHj) liefert, worin k^ eine Konstante ist, .

- dem Kernfilter .8, welches eine elektro-. motorische Kraft f_g liefert, deren Phasenverschiebung άφ gegenübe r/Wn dem Oszillator 3 gelieferten elektromotorischen Kraft f,| proportional zu (ΔΗ« - ΔΗ,) ist,

- dem 2?haeenoe8ser 11., welcher ebenfalle

die von dem Filter 8 gelieferte und in dem Verstarker 14 verstärkte elektromotorische Kraft f_g empfängijlund eine Spannung β« mit der Amplitude a_g β kg (ΔΗ₂ - AH₁), worin kleine Konstante ist, welche gleich k^ sein kern*

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Die Spannung e« wird in dem Verstärker 16

mit einem von der Entfernung d^ » x abhangenden Paktor φ multipliziert, so dass man eine Spannung e₂ mit der Amplitude a^ φ(χ) kg (AH₂;.-- ΔΗ-Χ. <pfx) wird so gewählt, dass die Bedingung k₂ φ/k., » x/3 erfüllt ist, da sich dann ergibt

^a3 ^{s k}1 f ^(ΔΗ2 * ^ΔΗ1^)ν

Bs ist au bemerken, dass, wenn k₂ « k^ ,

Φ « x/3.

Die Subtraktionseinheit 18 empfängt also eine Spannung e₁ mit der Amplitude a₁ * k^(H_Q + AH₁) an ihrem Eingang I9 und eine Spannung e., mit der Amplitude a, « k₁ $

d(AH₁) * · ^ ι Ρ

(ΔΗ₂ - AH₁)A k^ Φ — β k₁ AH₁ (wie oben unter Bezugnahme auf Fig· 4 erläutert) an ihrem Eingang 20, so dass sie an ihrem Ausgang 24 eine Spannung e, mit der Amplitude a, = ky (H₀ +^H₁) - k₁ AH₁ β k₁ H_oliefert. Wie man sieht, ist die Amplitude a, der Spannung Q* genau zu dem Feld H proportional, das gemessen werden soll. Bs ist zu bemerken, dass der Koeffizient k^ keineswegs ein Bruchkoeffizient ist, wie der Koeffizient (1 - ^) der genannten amerikanischen Patentschrift Nr. 2,891.216, welcher die Genauigkeit herabsetzt, sondern einfach ein Proportionalitätskoeffizient, welcher sich aus dem Verstärker 7 und dem Frequenzmesser 5 ergibt, welche von einer nicht durch einen Reduktionsfaktor geteilten elektromotorischen Kraft f₁ ausgehen. "

Die Spannung e« stellt die Stärke des magnetischen Erdfeldes H₀ ( zu welcher sie genau proportional ist) und seiner Störungen dar, unabhängig von den Bewegungen des Trägerflugzeugs und der magnetischen Massen desselben (unter^; dem weiter unten für die Wirbelstrome gemachten Vorbehalt).

Das Bandfilter oder die Bandfilterkette 26 ermöglicht, in dem Registriergerät 27 die Anomalien zu.registrieren, deren Frequenz der der gesuchten Anomalien entspricht, und die naturlichen Störungen und den waagerechten und den lotrechten Gradienten des magnetischen Erdfeldes möglichst weitgehend auszuschalten. ■

Die obige Kompensation der von dem Flugzeug

1952150 -te- .- 3451-69 oder einem.anderen Träger herrührenden aagnetischen Wirkungen ist jedoch unvollständig, da die Bewegungen des Flugzeugs in dem magnetischen Erdfeld in den leitenden Flächen des Flugzeugs, insbesondere in dem Huäapfwerk, Wirbelströme erzeugen, welche Störmagneiffeider hervorrufen, welche umso grosser sind, je grosser die Fluggeschwindigkeit des Flugzeugs ist·

Glücklicherweise gestattet der symmetrische

Aufbau des Flugzeugs oder anderen Trägars, diese Erscheinungen » in derselben Weise auszugleichen, wie die ständigen oder induzierten Störmagnetfelder. Fur die Lage des Baryzentrums der durch die Wirbelströme erzeugten magnetischen Kräfte ist von der des Baryzentrums der ständigen oder induzierten Hagnetfelder verschieden. 2s ist daher zur Erzielung einer einzigen Einstellung der Kompensation (wie oben angegeben) erforderlich, diese beiden Baryzentren zum Zusammenfallen zu bringen und somit den durch die Wirbelströme erzeugten Verlauf des Gradienten des Hagnetfeldes zu verändern· nachstehend ist unter Bezugnahme auf Fig. 6 und 7 erläutert, wie hierfür vorgegangen werden kann. - ' .

Entsprechend einem zweiten Merkmal der Erfindung erzeugt man zur Kompensation .der durch die Wirbelströrne in dem Flugzeug oder anderen Fahrzeug (mit der Achse 25, Fig. 6) hervorgerufenen magnetischen Störungen, insbesondere mit Hilfe von Spulen 28, welche mit der Spannung gespeist werden können, welche an einem Satz von fest mit dem Flugzeug verbundenen Generatorspulen 29 Bit drei zueinander rechtwinkligen Achsen abgenommen wird, wobei die Amplitude dieser Spannung ■ittels eines Regelwiderstands 30 einstellbar ist, in der Nähe des zweiten Punkts 2 (wo sich das Filter 8 befindet, während der Oszillator 3 an dem Punkt 1 angeordnet ist), ein Berichtigung smagnetfeld Ah* in Gegenphase mit dem von dem Baryzentrum -der Wirbelströme herrührenden Störfeld Ahg» wobei der Wert dieses Berichtigungsfeldes Ah^ so eingestellt wird, dass das Baryzentrum der durch die Wirbelstrom© erzeugten magnetischen Störungen mit dem Baryzentrum der magnetischen Massen zum Zu- · aammenf allen gebracht wird (das Baryzentrum der Wirbelst röm ο wird durch dieses Berichtigungsfeld Δη, aua seiner wirklichen Stellung Br in seine virtuelle Stellung Bv gebracht).

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Es soll nun genauer der Fall der durch, die Bewegungen des Rumpfwerks erzeugten Hagnetfelder betrachtet werden» welche bei den Stampfbewegungen in der Richtung Norden-Süden und Süden-Norden auftreten. Das wirkliche Baryzentrum Br ergibt an dem ^Kopf 3 und dem Filter 8 Feldänderungen Ah^ bzw. Ähg · Me Spulen 28'erzeugen ein Feld -Ahj (in Gegenphase mit Ah«). Der resultierende Gradient (Ah₂ - Ah^) - Ah₁ ergibt * für ein konstantes Ah^ ein SpiegelbildbaryZentrum in Bezug auf den Kopf 3» welches umso weiter entfernt scheint, je mehr sich (Ah₂ ~ ^h*) ^⁶¹⁰ ^H nähert. Bas Baryzentrum ruckt ins Unendliche, wenn (Ah₂ - Ah«) nach Ahj strebt (Fig. 7). Durch Regelung der Stromstarke in den Spulen 28 und somit der Stärke des Felde» Ah« mittels des Regelwiderstands 30 kann man also das Baryzentrum der Wirbelstrom so verschieben« dass es mit, dem der ferromagnetischen Massen zusammenfällt (das Baryzentrum der Wirbelstrome geht von seiner wirklichen Stellung Br in seine virtuelle Stellung Bv über, welche die des Baryzentrums der ferromagnetisehen Kassen ist}· Γη Fig. 7 ist durch die Kurven 31 und 32 der von'dem virtuellen Baryzentrum bzw. dem wirklichen Baryzentrura der Wirbelströme herrührende Gradient dargestellt«

Diese Möglichkeit ergibt sich aus der

Ax * ^Δ!ι2 " ^Δη3 obigen Formel χ « mit ξ.« —=τττ- ^ · Wenn man bei

g ξ

konstantem Ah^ AhJvW ändert, ändert sich ψ % woraus sich eine scheinbare Änderung von χ ergibt (in Fig. 7 ist ausser dem Wert χ der dem wirklichen Baryzentrum Br entsprechende Wert χ * eingetragen)·

Da die Messung des Abstands der Baryzentren

der Wirbelströme und der ferroaegnetischen Massen für die Wirbels tr ö*e eine Resultierende der Störungen erscheinen lässt, welche den Funkten 1 und 2 näher als für die ferromagnetische Massen liegt, muss Alu negativ sein, was bei der Sinstellung des Widerstands 30 eine scheinbare Entfernung des Baryzentrums der Wirbelströme erzeugt, welches von Br nach Bv geht, wie dargestellt.

Es ist zu bemerken, das3 die Spulen 28 gegebenenfalls anstatt durch den Magnetfeldern der WirbelstrÖme ausgesetzte Generatorspulen durch ein beliebiges anderes Kittel gespeist werden können,welches einen diesen V/irbelströmen

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ähnlichen Strom erzeugen kann, z-.B. ein Rechengerät..

■ Pig. 8 zeigt eine zweite Ausführungsforin eines erfinduri£sgeraä3S kompensierten Magnetometers, welche eine Ausführungsabwandlung der Anordnung gemöss Fig. 5 ist (tatsächlich unterscheidet sich Fig.8 von Fig. 5 nur in dem in Fig. 8 gestrichelt eingerahmten Teil ).

Das kompensierte Magnetometer der Fig. 8 enthält :

- einen ersten Magnetometerkopf 3, welcher

die gleiche Bauart wie der Magnetometerkopf der Fig. 5 aufweist und an einem ersten Punkt 8 in einer Entfernung d^ von dem BaryZentrum 4 der Störmagnetfelder liegt. Dieser Kopf erzeugt an seinem Ausgang eine erste elektromotorische Kraft f- mit einer zu der Stärke (H + Ah^) des Gesamtmagnetfeldes an diesem Punkt 1 proportionalen Frequenz;

- einen Frequenzmesser 5 der gleichen Bauart

wie der Frequenzmesser 5 der Fig. 5» v/elcher mit dem'Ausgang de3 Magnetometerkopfs 1, zweckmäs3ig über, einen Verstärker 7, verbunden ist und aus der elektromotorischen Kraft f... eine erste zu der Frequenz derselben und somit zu (H + ΔΗ^) proportionale Spannung e-j bildet ;

- einen zweiten Magnetometerkopf 3a, welcher wie der Masnetometerkopf 3 ausgebildet igt, an einem zweiten Punkt 2 in einer zweiten Entfernung d« (d₂ = x) von dem Baryzentrun 4 liegt und eine zweite elektromotorische Kraft f~ mit einer- zu der Stärke (H" + /Vi„) des Gesamtmagne't-Xeldes an diesem zweiten Punkt 2 proportionalen Frequenz erzeugt ;

- einen Differentialfrequenzmesser 31

(z.B. dos in der am 16. Oktober 1969 mit dem Titel "Differentialfrequenzmesoer" eingereichten Patentanmeldung der Anmeldefin beschriebenen Typs) mit z\yel Eingängen 32, 33, von denen der erste, 32, mit dem Ausgang 6 des Hagnetometerkopfπ ΐ, zweckma3sig über den Verstärker 7, verbunden ist, um von diesem die erste elektromotorische Kraft f. zu empfangen, während der zweite Eingang 33 mit dem Ausgang 6a des zweiten Magr.atometerkopfs 3a, zv/ecIrmass:".g über einen Verstärker 7a, verbunden ist, um von diesem die zwoite elektromotorische Kraft f^ zu

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empfangen, und einem Ausgang 35, welcher eine zweite, zu der Differenz (ΔΗρ - ΔΗ-) zwischen den Stärken der Gesamtmagnetfelder an den Punkten 2 und 1 proportionale Spannung eg liefert;

- einen Verstärker 16 mit regelbarem Verstärkungsfaktor, dessen Eingang 17 mit dem Ausgang 35 des Differentialfrequenzmessers 31 verbunden ist, um von diesem die zweite Spannung e« zu empfangen und aus dieser eine dritte Spannung β-, zu bilden ;

- eine Subtraktionseinheit 18 mit zwei Eingängen 19, 20, welche mit dem Ausgang 21 des Frequenzmessers 5 bzw, dem Ausgang 22 des Verstärkers 16 verbunden sind, um von. diesen e* "bzw. e~ zu empfangen, wobei diese Einheit 18 an ihrem Ausgang 24 eine vierte zu der Differenz zwischen e^ und e, proportionale Spannung e, liefert, und

·- Mittel zur Messung dieser vierten Spannung

e,, welche für eine geeignete Einstellung des Vers barkungsfaktors des Verstärkers 16 und bestimmte Stellungen der Magnetometerköpfe 3 und 3a zu der Stärke H des zu messenden äu3seren Magnetfeldes proportional ist, wobei diese Einrichtungen z.B. eine Filterkette 26 mit einem nachgeschalteten Registriergerät 27 enthalten.

Das Magnetometer der Fig. 8 arbeitet fol-' gendermaßen :

Die Kernoszillatoren oder Magnetometerköpfe

3 und 3a liefern eine elektromotorische Kraft f^ mit einer zu. (H + ΔΗ..) proportionalen Frequenz bzw. eine elektromotorische Kraft f~ mit einer zu (H + ΔΗρ) proportionalen Frequenz. Diese elektromotorischen Kräfte f* und f, werden, in Verstärkern 7 bzw. 7a verstärkt. -

Der Diffenrentialfrequenzmesser 31 bestimmt

die Differenz zwischen den Frequenzen der elektromotorischen Kräfte f.j und f^ und "liefert an seinem Ausgang 35 eine Spannung Q^ mit der Amplitude a₂ -" k_£ (ΔΗρ - ΔΗ.,), worin kp eine Konstante ist, welche gleich k. sein kann, während der Frequenzmesser 5 die Frequenz der elektromotorischen Kraft ϊ* misst und somit eine Spannung e-j mit der Amplitude a.. = k.. ( )

(H_Q + AH₁) liefert, worin k^ eine Konstante ist.

In der Ausführungsform der Pig. 8 wird

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die Spannung e₂'in den Verstärker 16 mit einem von der Entfernung d₁ = χ abhängenden Paktor <r> multipliziert\ so dass man eine Spannung e^ mit der Amplitude a.^ - φ(χ) kg (ΔΗ₂ - ΔΗ^) erhält, φ (χ) wird so gewählt, dass die Bedingung k₂ ep/k.j = x/3 erfüllt ist, da d-ann a, = k^ j (AH₂ -AH₁).

Es 13t zu bemerken, dass, wenn k₂ = k^, sich φ-= χ/3 ergibt.

Wie.bei der Ausführunjrsform der Pig· 5

empfängt also die Subtraktionseinheit 18 eine Spannung e^ mit der Amplitude a^ = k^ (H_Q + AH₁) an ihrem Eingang 19 und eine

Spannung e, mit der Amplitude

_x ³ _x ^5AH₁)

a, = k₁ I (ΔΗ₂ - AH₁) Ä k-, j —^-— = k₁ AH₁ (wie oben un-

P ter Bezugnahme auf Pig. 4 erläutert) an ihrem Eingang 20 und liefert somit an ihrem Ausgang 24 eine Spannung e^ mit der Amplitude a. = k₁ (H_Q + AH₁) -Ic₁AH₁ = k₁ H_Q. ■

Die Amplitude a. der Spannung e^ isb also zu dem zu messenden PeId H genau proportional.

Die Anordnung-der Pig.'8 bietet die gleichen Vorteile wie die der Pig. 5» wobei ai.^rsserdem die Möglichkeit eines Arbeitens in E^i-tzeit mit einer kleineren Ansprechzeit besteht, da sie kein Kernfilter enthält( in welchem die Spins dem Magnetfeld an dem Punkt 2 ausgesetzt werden, während dieses PiIter an seinem Eingang eine elektromotorische Kraft empfängt, deren Frequenz zu dem Magnetfeld an dem Punkt 1 proportional ist).

Das erfindungsgemäss kompensierte Magnetometer besitzt gegenüber den bereits bekannten kompensierten Magnetometern zahlreiche Vorteile, insbesondere folgende :

Zunächst ist seine Genauigkeit sehr hoch.

Es wird die automatische Kompensation al-• ler Störmagnetfelder erzielt.

Die Kompensation erzeugt, weder schädliche

Magnetfelder in der Zone, in welcher sich die anderen Apparate des Plugzeugs oder anderen Trägers befinden, wie in der genannten französischen Patentschrift Uv. 1.485.557, noch eine Verringerung de3 zu der Stärke des zu messenden Magnetfeldes propor-

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tionalen Ifutzsignals, wie in der genannten amerikanischen Patentschrift Kr. 2.891.216 .

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Claims (1)

1. Patentansprüche

   M »V/Verfahren zur Kompensation der

   Störmagnetfelder, insbesondere in einen Flugzeug, zur Ermöglichun<r der genaugen Messung der Stärke des äusseren Magnetfeldes, insbesondere des magnetischen Erdfeldes und seiner Störungen, dadurch gekennzeichnet, dass eine erste Spannung erzeugt wird,, welche mit einem ersten Proportionalitätskoeffizienten zu der Stärke des Gesamtmagnctfeldes an einem ersten Punkt proportional ist, welcher in einer ersten Entfernung von dem Baryzentrum der Störmagnetfelder liegt, dass eine zweite Spannung erzeugt wird, welche mit einem zweiten Proportionalitätskoeffizienten zu der Piffe- VQn?. zwischen den Stärken der Gesamtmagnetfelder an diesem ersten Punkt und an einem zweiten, in einer zweiten Entfernung von dem Baryzentrum liegenden Punkt proportional ist, dass diese zweite Spannung mit einem von der eraten Entfernung abhangenden Paktor φ multipliziert wird, wobei eine dritte Spannung erzeugt wird, welche mit dem ersten Proportionali tatsfaktor zu der Stärke des Störmagnetfeldes an diesem ersten Punkt proportional i3t, dass diese dritte Spannung von der ersten Spannung abgezogen wird, wobei eine vierte Spannung erhalten wird, und dass die Amplitude dieser vierten Spannung bestimmt wird, welche zu der Stärke des zu messenden äusseren von dem Einfluss der Störmagnetfelder befreiten Magnetfeldes an den ersten Punkt proportional ist, wobei die erste Entfernung x, die Entfernung Δχ zwischen dem ersten und dem zweiten Punkt, der erste Proportionalitätskoeffizient kj, der zweite Proportionalitätskoeffizient kg, der Faktor to und das Verhältnis ^ zwischen, den Stärken der Störmagnetfeider an dem zweiten Punkt und dem ersten Punkt durch die Ferkeln Ä3E = %(Ύψ ~ t) uxiä k«·^/^ - ^χ/3 verbunden sind,

   2o) Verfahren nach Anspruch t, dadurch gekennzeichnet _r &n$s snr Kompensation der van den Wirbel-

   un$ ä&m Flugzeug oügt? einem anderen träger hervorgejm/ptetiäsc^eit Sf,*£r\ingen^: in. der Ifahe des zweiten Punkts zu dem re& άςη ^i^h^s^QmtatimTT^xivrenrieji Störfeld pro-

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   portionales Berichtigunirsmagnetfeld erzeugt wird, dessen Amplitude so eingestellt wird, dass das Baryzentrum der durch die Wirbelströme hervorgerufenen magnetischen Störungen mit dem Baryzentrum der ferromagnetischen Nassen zusammenfällt.

   3·) Verfahren nach Anspruch 1, dadurch

   gekennzeichnet, dass zur Bestimmung des "Verhältnisses f an dem ersten und dem zweiten Punkt zwei Spulen angeordnet werden, deren jede mit einem veränderlichen Strom gespeist wird, dass man das Plugzeug (oder einen anderen Träger) eine gewisse Zahl von Bewegungen gemäss gewissen Richtungen ausführen lässt, dass das Hagnetfeld an dem ersten Punkt und der Magnetfeldgradient zwischen dem ersten und dem zweiten Punkt gemessen v/erden, und dass die Amplituden der veränderlichen Ströme so eingestellt werden, dass gleichzeitig während dieser Bewegungen das Magnetfeld konstant und der Magnetfeldgradient null bleiben.

   4.) Vorrichtung zur Ausübung des Verfahrens nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen ersten Magnetometerkopf (3)t welcher an einem ersten Punkt (1) in einer · ersten Entfernung (d,.) von dem Baryzentrum (4) der Störmagnetfelder liegt und an seinem Ausgang (6) eine elektromotorische Kraft (fλ ) mit einer zu der Stärke des Gesambmagnetfelde3 (H + AIL) an diesem ersten Punkt proportionalen Frequenz erzeugt, einen an den Ausgang des ersten Magnetometerkopfs angeschlossenen Frequenzmesser .(5), welcher von diesem diese elektromotorische Kraft empfängt und aus ihr eine erste zu dieser Frequenz und somit zu der Stärke des Gesamtmagnetfeldes proportionale Spannung (e.) bildet, einen zweiten Magnetometerkopf (8j 3a), welcher an einem zweiten Punkt (2) in einer zweiten Entfernung (dp) von dem Baryzentrum liegt .und mit dem ersten "Kopf einen magnetischen Gradientenmesser (3, 8, 31} 3, 3a, 31) bildet, welcher eine zweite Spannung (βρ) liefert, welche zu der Differenz zwischen den Stärken der Gcaamtmagnetfelder an dem zweiten und dem ersten Punkt proportional ist, einen Verstärker (16) mit regelbarem-Verstärkungsfaktor, dessen Eingang (17) an den Ausgang (15; 35) de3 Gradientenmessers angeschlossen ist, um von diesem die

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   zweite Spannung zu empfangen und aus dieser eine dritte Spannung (e,) zu bilden, eine Subtraktionseinheit (18) mit zwei Eingängen (19, 20), von denen der erste (19) mit den Ausgang (21) des Frequenzmessers verbunden ist, ua von diesem die erste Spannung zu empfangen, während der zweite Ein/rang (20) mit- dem Ausgang (22) des Verstärkers verbunden ist, um von diesem die dritte Spannung zu empfangen, und einen Ausgang (24), welcher eine vierte Spannung (e.) liefert, welche zu der Differenz zwischen der ersten an ihren ersten Eingang angelegten Spannung, und der dritten an ihren zweiten Eingang angelegten Spannung proportional ist, und Einrichtungen (26, 27) zur Messung der vierten Spannung, welche für eine geeignete Einstellung des Verstärkungsfaktors des Verstärkers und P bestimmte Stellungen des ersten und des zweiten Magnetometerkopfs, etwa auf der Längsachse (25) des Flugzeugs oder eines anderen Trägers, wenn dies möglich ist, zu der Stärke (H ) de3 zu messenden äusseren Magnetfeldes proportional ist.

   5·) Vorrichtung nach Anspruch 4* dadurch

   gekennzeichnet, dass der zweite Magnetometerkopf in wesentlichen durch ein an den zweiten Punkt (2) liegendes Kernfiltor (8) gebildet wird, dessen Eingang (9) mit dem Ausgang (6) des liagnetometerkOpfs (3) verbunden ist, um von diesem die eine erste elektromotorische Kraft bildende elektromotorische Kraft (f.) zu empfangen und an seinem Ausgang (10) eine zweite elektromotorische Kraft (fp) zu liefern, welche zu der ersten elekfc tromotorischen Kraft eine Phasendifferenz besitzt, welche zu der Differenz zwischen den Stärkender Gesamtmagnefcfelder an dem zweiten Punkt (H_Q + ΔΗ«) und dem ersten Punkt (H + ΔΗ^) proportional ist, wobei ein Phasenmessex (11) mit zwei Eingängen, von denen der erste (12) mit dem Ausgang des ersten Magnetometerkopfs verbunden ist, um von diesem die erste elektromotorische Kraft zu empfangen, während der zv/eite Eingang (13) mit dem Ausgang des Kernfilters verbunden ist, um von diesem die zweite elektromotorische Kr.aft zu empfangen, und einem die zweite Spannung (βρ) liefernde Ausgang (15) vorgesehen, ist.

   6.) Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Magnetometerkopf (3a) wie der

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   erste Kopf (3) an seinem Ausgang (6a) eine zweite elektromotorische Kraft (f,) mit einer zu der Stärke des Magnetfeldes an des zweiten Punkt (H + ΔΗρ) proportionalen Frequenz erzeugt, WOt)Qi ein Pifferentialfrequenzmesser (31) mit zwei Eingängen (32, 33)» von denen,der erste (32) mit dem Ausgang (6) des ersten Magnetooeterkopfs verbunden ist, um von diesem die erste elektromotorische Kraft (f..) zu empfangen, während der zweite (33) mit den ^Äusgang des zweiten Hagnetometerkopfs verbunden ist, um von. diesem die zweite elektromotorische Kraft zu empfangen, und einem die zweite Spannung (e^) liefernden Ausgang (35) vorgesehen ist.

   7») Vorrichtung nach Anspruch 4, 5 oder

   6, dadurch gekennzeichnet, dass sie ausseiäem zur Kompensation der von den Wirbelströmen in dem Plugzeug oder einem anderen frager erzeugten magnetischen Störungen wenigstens eine in der linhe des zweiten Punkts angeordnete Spule (28) und eine Stromquelle zur Lieferung eines Stroms einstellbarer Amplitude (29, 30) zur Speisung dieser Spule aufweist, wobei der die Spule durchfliegende Strom so eingestellt wird, dass er in· der Nähe des zweite«. Punkts (2) ein Berichtigumrsnagnetfeld (Ah₇) in Gegenphase mit dem Störfeld (Ah«) dor Wirbel ströme mit einer solchen SfcKrke erzeugt, dass das Baryzentrum der von den Wirbelstroraen hervorgerufenen magnetischen Störungen mit dem B^aryzentrum der ferromagnetischen Hassen (Bv —*· Br) zum Zusammenfallen gebracht wird.

   • 8») Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Stromquelle durch wenigstens eine fest mit dem Flugzeug oder einen anderen Träger verbundene Generatorspule gebildet wird,

   9,) Vorrichtung nach Anspruch 7 oder 8,

   dadurch gekennzeichnet, dacs die Stromquelle durch drei Generatorcpulen gebildet wird, deren Achsen gem"sc einem Trieder mit drei rechten Winkeln angeordnet sind»

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